石油钻井工程技术现状、挑战及发展趋势探析

王吉龙 吴强 牛意

1. 中海石油有限公司天津分公司 天津 300459；2. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300459

引言

新时期，国内油气勘探的大背景之下，油气开发项目呈现出较为明显的变化。各国油气资源开发利用比例逐渐加深，油气开采已经从传统运作模式逐渐转变为新型体系。随着国家经济建设水平的攀升，石油资源的消耗越来越明显，对相应需求量也日渐提高。合理进行石油钻井技术的开发已经成为当下主要研究要素[1]。为了提高国内油气资源的生产效果，政府机构提高了对石油钻井工程项目的支持程度。但是国内钻机技术与先进国家仍存在较大差距，不利于钻井行业的长期稳定发展。为了带动石油开采水平的提升，必须提高勘探成功率，并确保开采安全性，即努力提高石油钻进技术，从而为石油开采作业提供更加有效的方法。本文对石油钻井工程技术的发展现状进行了分析，提出了钻进工程项目中的主要问题，分析了新时期该项工程项目的发展趋势。

1 国内石油钻井技术的发展现状

结合国内石油钻井技术的发展现状，从20世纪50年代起，国内大部分石油企业都会采用高效钻头技术、喷射式钻井技术，经过长期研发、技术引进，国内石油钻井技术已经取得了很大进步，带动了整个石油钻井工程的进步，对应的石油开采质量、开采规模也逐渐扩大。新时期，国内石油开采期间，可结合地质条件差异进行差别化处理，设计不同的开采方案。工程实践表明，科学有效的开采方案不但可提高开采效率，还可降低石油资源的成本消耗，从而达到提高企业经济效益的目标。一般情况下，石油钻井开采作业中，开采效益和开采成本息息相关。国内石油钻井开采行业，正朝着机械化、国产化的方向发展，但是这个过程中使用到的设备规模大、成本高，设备运转资金高，对企业盈利效果产生了不利作用。因此，合理降低开采成本，是保证石油钻井开采利益最大化的重要过程，也是当下主要研究问题。未来石油开采设备，不仅要考虑实用性，更要降低成本。再者，随着石油开采规模的扩大，国内石油储量明显下降，相应的开采资源越来越稀少，诸多苛刻的开采区域提高了开采设备的要求，这就要求国内石油钻井企业必须积极进行研发，得到高位高压的新型钻井设备，确保石油资源的顺利开采。最后，石油勘探和开采作业中，必须充分考虑数据测量的精度，这是保证石油顺利开采的关键要素，因此，石油企业管理层要加强信息掌握程度的分析，加强钻井测量技术、信息传输技术、控制技术的分析。努力做好相关数据的测量，力求提高操作人员的人身安全。

2 石油钻井工程技术的应用现状

2.1 地质导向钻井技术的应用

该技术应用中，其主要组成为导向工具、地质导向仪器等。钻井作业期间，地质导向钻井技术必然需要和油藏技术结合，从而满足地质导向技术的要求[2]。换言之，可以在工程钻井期间，实现随钻控制的目标。由于地质导向钻进技术应用中，必须考虑储层要求、地层结构等要素，同时还要考虑钻头的轨迹，达到精确进行钻头控制的目标，提高钻井采收效果。此外，还可达到降低钻进施工成本、提高企业经济效益的目标。

2.2 大位移井钻井技术的应用

现阶段，该技术在国内的应用主要是通过水平井、定位井延伸得到。考虑到大位移井钻井技术存在的难点较多，限制了大位移井的应用和发展。随着科学技术水平的提升，大位移井技术逐渐进步，国内学者在研究过程中逐渐找到了相应规律，已经初步解决了实际钻井过程中的问题。

2.3 水平井钻井技术的应用

该技术属于一项定向钻井技术，应用期间需要借助随钻测量仪、井底动力工具进行处理。一般情况下，水平井钻井技术应用期间，其倾斜角需要维持在86°以上。考虑到国内石油钻井工程起步早，近年来的发展中已经逐步解决了潜在问题。与其他钻井技术相比，该技术具有钻具平稳、上下调整的特点，明显提升了石油钻井技术的进步。

3 石油钻井工程技术发展面临的挑战

当下，油气勘探作业中，存在资源条件劣质化、油气项目复杂化、安全环保严格化的新要求。该行业正逐渐从陆地向海洋方面发展，同时从浅层朝着深层区域发展。合理进行未来形势的分析，工程技术方面必须进行全面研究。对比分析后，国内石油钻井技术与国外存在较大差距，包括自动化钻机、旋转导向体系、抗高温螺杆等。井下作业、储层改造水平与国外先进水平存在较大差距，尤其是高压气井带压设备、高效压裂工具等[3]。业内正不断引入国外先进技术，力求保证国内技术与国外先进技术的逐步统一。其核心部分是充分考虑进口要求，保证服务水平、竞争水平等满足预期要求。尤其是对于海洋、深层地质区域等，更要充分考虑工具、装备、液体方面的影响，尽量保证工程技术发展水平满足预期要求。

深井、超深井在钻井处理中，主要挑战为：深度过大，考虑钻机效率问题；高温高压条件下，管柱、仪器设备的受损程度；高压地层条件下，合理考虑井控安全的要求；深层井壁区域，经常会出现失稳的情况，超深层岩石条件下，需要遵循的规律与常规情况不同，深层井壁区域无法采用常规理论。

海洋钻井作业中，主要挑战为：水深加大，挑战难度增加；浅层水、气流作用下的影响；风浪流带来的影响；海底低温因素的影响；深水区域，井控难度增加；钻井船、机器人、导管等设备在井下技术储备能力不足；海水基钻井液、固井液不成熟；部分区域存在浮冰、超低温等情况。

非常高油气钻井作业中，主要挑战为：工厂的配套设备不足；旋转导向体系不完善，导致长水平段钻井无法满足预期要求；破岩效率偏低、钻井作业周期长；大功率设备、高效压裂技术等不成熟；井筒完善性有待提升；流体回收技术和设备处理技术不达标等。

4 石油钻井工程技术发展趋势与工作建议

4.1 石油钻井工程技术发展方向和趋势

4.1.1 石油钻井工程技术发展方向。当下，国内油气技术正朝着集成化、信息化、智能化、绿色化的方向发展，油气钻井技术未来发展趋势更需要保证清洁性、安全性、经济性等。钻井技术应用期间，不仅要考虑油气通道的建设和构建，更要考虑油气井产量、采收率等要素，同时要考虑新方法的引入和应用[4]。现阶段，较为有代表性的油气公司存在一定的相似性，如钻井自动化、高造斜率旋转导向系统、压力控制钻井技术、深水钻井技术等。在进行井筒完整性的处理时，要合理进行井下振动监测、井下控制处理方面的分析，工厂化钻井、井下作业一体化等已经逐步引起了业内专家的关注，对此，必须投入较大比例的研发力度。

针对国内外的油气公司、服务公司，其工程技术的研发结果表明，国外技术已经逐步进入高投入、广储备的时代。工程技术发展方面，长期坚持高效勘探处理，需合理优化钻井技术来提升采收率、提高开采量，降低吨油成本；提高整体技术竞争水平，掌握核心技术，有效降低服务成本。从而逐步达到科学化、自动化、智能化的要求。考虑中石油发展业务中，包括深井、超深井、非常规钻井技术中经常会遇到的各类问题，相关人员必须及时进行技术攻关分析，力求逐步提高工程技术的服务保障能力、核心竞争力，具体分析如下。

第一，深层技术发展中，在进行钻机使用期间，要保证高效性，合理考虑垂直钻井工具、新型钻杆要求、膨胀管堵漏技术等。第二，海洋工程技术发展过程中，要加强深水区域、装备自动化方面的分析，还包括关键设备的水下运行处理，对应工具设备等都要满足环保性、安全性等基本原则。具体发展方向方面：钻井平台、采油平台、海洋钻井船；低温深水固井处理、海洋控压钻井系统等。第三，非常规油气工程方面，技术需求包括：自动化钻机、长水平段钻井技术、整体破碎压裂等。具体发展方向方面：要考虑工厂化作业装备技术、配套仪器要求；长水平段钻井完井技术中要考虑油基钻井液、旋转导向等；整体破碎压裂技术、回收流体和水处理技术等。

4.1.2 石油钻井工程技术发展趋势[5]。钻完井技术发展中，其未来发展趋势方面分析如下。第一，该工程应用到的设备朝着规模化、大型化、模块化的方向发展，对应液压钻机、专用钻机等也应满足上述要求。整体海洋钻井设备更要考虑安全性、高效性、可靠性等要求，提高配套设备的合理应用。第二，钻进高新技术的发展和应用，包括自动化、智能化、信息化等方面。整个体系需朝着更快、更精确的方向发展，特殊条件下还要拥有远程专家的技术支持和帮扶。第三，钻井新技术的应用中，力求逐步提高油气井的产量，加强剩余油品的开采、提高整体经济效益，从而为钻井技术的未来发展奠定基础。第四，不断加强钻井高新技术的研发。当下，新型破岩技术越来越多，努力实现钻井优化，方可有效保护油气层条件，并第一时间发现油气层，降低“吨油”钻井成本，这已经逐渐成为国外钻井发展的主流趋势。同时，还要充分考虑等离子、激光等非接触形式钻井新技术的研发。第五，相应的工具和仪器，必须朝着大容量、高精度、耐高温、耐高压方向发展。第六，钻井液固井液的发展中，需要考虑系列化要求，包括添加剂种类、添加剂体系要求，以及添加剂的稳定效果、抗温和抗复杂要求等，还要充分考虑智能水泥、仿生钻井液的应用要求。第七，复杂结构井条件下，积极进行纵向深度要求方面的分析，包括多分支井、最大储层有效进尺（MRC）、钻向储层（DTO）､极大储层钻进（ERC）方向的发展等。鱼骨井、大位移井水平位移方面，一般移向12km以上发展。第八，需考虑套管钻井、膨胀管钻井等方面的发展。配套设备设施等都要考虑其完善性、合理性要求，相关技术呈现出发展迅猛的特点，同时朝着单一井径井方向发展。

4.2 石油钻井工程技术的发展建议[6]

第一，在非常规油气技术处理过程中，需充分考虑水平井的发展要求，加强大型自动化钻机设备、压裂设备、旋转导向设备、抗高温条件的螺杆等方面的研发，同时还要充分考虑流体回收技术，保证尽快形成相应的产业优势。第二，深层油气勘探开发作业中，加强钻机钻井效率的分析，合理应用自动化设备。结合实际应用，加强高温高压试油设备的分析；加强高钢级抗腐蚀套管的分析、研发油基钻井液、压裂液、井筒完整性的考虑。第三，海洋油气勘测开发环节中，要考虑技术储备要求。增加修井机、采油平台、采油装置、防喷设备的处理；双梯度钻井、控压钻井和表层钻井技术应用的技术要求；加强超低温条件下，水泥浆、钻井液等方面的流体分析。

5 结束语

当下，国际领域方面，油气工业正经历着巨大变迁，各国逐渐将油气工业的发展希望寄托于技术领域方面。在进行油气勘探开发处理过程中，必须加强深层区域、海洋领域、非常规区域的关键技术分析，尤其要考虑瓶颈问题。力求借助工程技术的优化来保证持续攻关和进步，加强自主创新技术的开发、并及时引入国外领先技术、吸收先进技术。逐步研制出适合国内相关产业发展的自主产权，包括高端装备、工具、软件等方面，力求更好的配合工程技术的全面发展，带动油气资源使用效率的提升，保证为勘探开发工作提供强有力的工程技术支撑。